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Advanced Design of Very High Power Density Piston Engine and Thermal Management Challenges for Aircraft Application

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Un concepto de aeromotor rentable y ecológico promueve el transporte aéreo ligero

Los motores de aeronaves se tienen muy en cuenta en la gestión de los parámetros interrelacionados de eficiencia, consumo de combustible, ruido y emisiones. Una nueva arquitectura del motor para aeronaves pequeñas aborda estas cuestiones y ofrece una alternativa competitiva a los motores actuales.

Transporte y movilidad
Cambio climático y medio ambiente

El amplio programa de Clean Sky, financiado con fondos europeos, que es una colaboración público-privada entre la Unión Europea y el sector aeronáutico europeo, apoya la reducción de las emisiones y el ruido producido por las aeronaves. Como parte de Clean Sky 2, el proyecto CS2-WP714-DE desarrolló una vanguardista arquitectura del motor con una densidad de potencia más alta para el transporte aéreo ligero (SAT, por sus siglas en inglés).

No hay dos iguales

Cuando se trata de la tecnología de los motores de aviación, las múltiples arquitecturas abordan el tamaño de la aeronave, la altitud de crucero y la distancia de vuelo. Los motores de émbolo usan gas caliente a partir de la combustión de carburante para impulsar el movimiento del pistón que hace rotar el cigüeñal y, por lo tanto, la hélice; los gases de escape son un desecho. Los motores de turbohélice (turbopropulsores) también son motores de combustión interna. Sin embargo, los gases de escape son el principal producto que rota las turbinas que hacen girar los engranajes y las hélices. Normalmente, las aeronaves con turbopropulsores son más eficientes a mayor altitud y a mayor velocidad. Los motores de émbolo son menos potentes y se suelen usar en aeronaves más pequeñas. Según Vincent Maginot de Danielson Engineering y coordinador de CS2-WP714-DE: «La tecnología actual de pistones para la gama de baja potencia (la aviación general o las pequeñas aeronaves de transporte regional) afrontan varios retos. Bien quema gasolina etilizada (gasolina de aviación o AVGAS) con un alto consumo de combustible por unidad de potencia de salida, o bien Jet A (una mezcla de queroseno) con una baja potencia de salida por unidad de volumen (densidad de potencia)». El AVGAS, al ser un combustible con plomo, afronta restricciones en Europa, es más caro que el Jet A y suele haber menos disponibilidad. Por lo tanto, el objetivo era diseñar un motor de émbolo de mayor densidad de potencia, con un bajo consumo de combustible para un determinado rango de potencia y que fuese capaz de proporcionar energía de hasta 300 kW (unos 400 hp) a una baja velocidad de rotación para disminuir el ruido.

Hacia adelante y hacia arriba

El nuevo motor SR460 es la evolución de seis cilindros del SR305, un motor de émbolo de cuatro cilindros con 230 hp, actualmente producido por SMA. Maginot lo explica: «Danielson Engineering y DFM Europe mejoraron el diseño de toda la arquitectura del motor, al tener en cuenta las cargas termomecánicas, las consideraciones de peso y los materiales modernos. Además, el sistema de refrigeración del motor se diseñó para aumentar su seguridad y rendimiento, a la vez que se cumple con las especificaciones aeronáuticas para parámetros que incluyen la seguridad, la resistencia al fuego y el cumplimiento de las disposiciones relativas al medio ambiente». El sistema de gestión térmica, que ha sido una consideración importante desde el principio, proporcionó mayores beneficios de lo previsto. El principal intercambiador de calor es un radiador de aceite. Dicho concepto se probó en dos configuraciones. Además, al usar fuentes inherentes, como la vibración mecánica, a fin de mejorar la transferencia de calor se contribuyó notablemente al rendimiento general del motor sin incurrir en gastos financieros.

El despegue de una nueva arquitectura de motor

En el proyecto CS2-WP714-DE se realizó un exitoso prototipo y se probaron cuatro motores mejorados. «En solo tres años, proporcionamos prototipos que ofrecen una importante alternativa a los convencionales motores de émbolo a gasolina y los pequeños motores turbopropulsores. Estos reducen el consumo de combustible entre un 50 y un 60 % en comparación con el turbopropulsor para el mismo rango de potencia. Además, utilizan el combustible disponible y asequible con un bajo impacto medioambiental. Apoyarán directamente a nuestros compañeros que trabajan en la fase siguiente, la optimización y la instalación del motor, quienes ahora pueden llevar las arquitecturas de motor a nuevas cotas de preparación tecnológica», subraya Maginot. El mercado de los SAT puede esperar una alternativa competitiva a los actuales motores que también disminuya las emisiones de CO2, elimine la necesidad de gasolina etilizada y reduzca el ruido.

Palabras clave

CS2-WP714-DE, motor, potencia, aeronave, combustible, pistón, ruido, turbopropulsor, transporte aéreo ligero (SAT), AVGAS

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